摘　要：介紹溴化鋰吸收式熱泵的工藝流程。結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)電驅(qū)動(dòng)壓縮式熱泵、溴化鋰吸收式熱泵在汽—水熱力站中用于回收凝結(jié)水余熱的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了比較。

關(guān)鍵詞：汽—水熱力站　電驅(qū)動(dòng)壓縮式熱泵　溴化鋰吸收式熱泵　凝結(jié)水　余熱回收

Technology and Economy of Heat Pump for Recycling Waste Heat from Condensate in Steam-water Substation

Abstract：The technological process of lithium bromide absorption heat pump is introduced．Combining with engineering example，the technology and economy of electric compression heat pump and lithium bromide absorption heat pump used for recycling waste heat from condensate in steam-water substation are compared．

Key words：steam-water substation；electric compression heat pump；lithium bromide absorption heat pump；condensate；recycling waste heat

由于熱泵具有較高的制熱性能，尤其是實(shí)現(xiàn)了對(duì)低溫?zé)嵩吹睦茫陙?lái)逐漸應(yīng)用于供熱行業(yè)^[1-5]。本文對(duì)電驅(qū)動(dòng)壓縮式熱泵(以下簡(jiǎn)稱(chēng)壓縮式熱泵)、溴化鋰吸收式熱泵(以下簡(jiǎn)稱(chēng)吸收式熱泵)用于汽—水熱力站凝結(jié)水余熱回收的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較。

1　吸收式熱泵的工藝流程

吸收式熱泵的工藝流程見(jiàn)圖l^[5]。

供熱回水在流經(jīng)吸收器管簇時(shí)吸收了低壓冷劑蒸汽攜帶的熱量，從而保證了吸收過(guò)程的不斷進(jìn)行，同時(shí)供熱回水的溫度得到提升，并在流經(jīng)冷凝器管簇時(shí)被冷劑蒸汽進(jìn)一步加熱，達(dá)到設(shè)計(jì)要求溫度。低溫?zé)嵩催M(jìn)水在蒸發(fā)器管簇內(nèi)流過(guò)時(shí)，熱量被管外的冷劑水閃蒸時(shí)帶走，溫度降低。由此可見(jiàn)，供熱介質(zhì)不但吸收了驅(qū)動(dòng)蒸汽的熱量，而且通過(guò)熱泵利用了低溫?zé)嵩吹牟糠譄崃?，這也是吸收式熱泵供熱節(jié)能的主要原因之一。吸收式熱泵使用介質(zhì)為溴化鋰水溶液，屬于無(wú)污染物質(zhì)，但系統(tǒng)較為復(fù)雜，占空間大。

2　工程概況

青島某熱力公司下屬18座汽一水熱力站的一級(jí)側(cè)蒸汽來(lái)自某熱電廠的一條支線蒸汽管道，最早的熱力站已運(yùn)行20年，設(shè)備陳舊，蒸汽管道熱損失較大，且汽—水熱力站大多靠近居民區(qū)，存在安全隱患，關(guān)于噪聲擾民的投訴較多。蒸汽凝結(jié)水除部分用于管網(wǎng)補(bǔ)水外，絕大部分被排放。

為消除安全隱患和提高熱量利用率，擬將這18座汽一水熱力站改造為混水連接熱力站。由于熱電廠與熱力公司不屬于同一單位，且熱電廠主線蒸汽管道上還有其他蒸氣用戶(hù)，因此在該支線蒸汽管道終點(diǎn)處設(shè)汽一水熱力首站，原有l8座汽一水熱力站改造成混水連接熱力站，并實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無(wú)人值守。

汽—水熱力首站設(shè)計(jì)供熱能力為l80×10⁴m²，設(shè)計(jì)供熱量為l08MW，蒸汽側(cè)壓力為0.8MPa、溫度為280℃，設(shè)計(jì)耗汽量為141t／h，汽—水換熱器凝結(jié)水排放溫度為70℃，一級(jí)熱水管網(wǎng)設(shè)計(jì)供、回水溫度為ll0、50℃，設(shè)計(jì)質(zhì)量流量為1548 t／h。

采用混水連接后，一二級(jí)熱水管網(wǎng)的漏失水量均可在汽一水熱力首站利用凝結(jié)水補(bǔ)充，剩余凝結(jié)水余熱由熱泵回收，用于提升一級(jí)管網(wǎng)回水溫度?？紤]場(chǎng)地限制及熱泵造價(jià)，熱泵機(jī)組按回收60t／h凝結(jié)水余熱量(余熱回收前后凝結(jié)水溫度分別為70、30℃)選型。筆者分別選取壓縮式熱泵、吸收式熱泵，比較配置兩種熱泵汽一水熱力首站換熱機(jī)組的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

3　配置兩種熱泵的換熱機(jī)組

①配置壓縮式熱泵的換熱機(jī)組

配置壓縮式熱泵的換熱機(jī)組流程見(jiàn)圖2。

由余熱回收前后凝結(jié)水溫度及被利用凝結(jié)水的質(zhì)量流量，可計(jì)算得回收凝結(jié)水余熱的熱流量為2.79MW。壓縮式熱泵的制熱性能系數(shù)取4.8，則可按下式計(jì)算壓縮式熱泵對(duì)一級(jí)管網(wǎng)回水的加熱功率(即制熱功率)Fc^[6]78：

式中Fc——壓縮式熱泵對(duì)一級(jí)管網(wǎng)回水的加熱功率，MW

Fc,ev——蒸發(fā)器吸收的熱流量，MW，即回收凝結(jié)水余熱的熱流量

I——壓縮式熱泵制熱性能系數(shù)

由式(1)可計(jì)算得到，壓縮式熱泵對(duì)一級(jí)管網(wǎng)回水的加熱功率為3.52MW。由一級(jí)管網(wǎng)回水被加熱前后溫度(50、90℃)，可計(jì)算得到被加熱一級(jí)管網(wǎng)回水的質(zhì)量流量為75.68t／h。根據(jù)被余熱回收凝結(jié)水質(zhì)量流量、被加熱一級(jí)管網(wǎng)回水質(zhì)量流量，選取凝結(jié)水泵、循環(huán)水加壓泵，電功率分別為3.34、4.O0kW。由I及Fc，可計(jì)算得到熱泵壓縮機(jī)功耗為733.3kW，則壓縮式熱泵機(jī)組的總功耗為740.64kW。

青島地區(qū)供暖期按l20d計(jì)算，壓縮式熱泵機(jī)組年加熱量為36.5TJ／a，年耗電量為2133.04MW·h／a?？紤]天氣變化的影響，將以上兩個(gè)數(shù)據(jù)均乘以0.7的折減系數(shù)。最終計(jì)算結(jié)果為：25.55TJ／a、1493.13MW·h／a。

②配置吸收式熱泵的換熱機(jī)組

配置吸收式熱泵的換熱機(jī)組流程見(jiàn)圖3。

與壓縮式熱泵相同，吸收式熱泵回收凝結(jié)水余熱的熱流量為2.79MW。吸收式熱泵熱力系數(shù)取1.7，則可按下式計(jì)算吸收式熱泵對(duì)一級(jí)管網(wǎng)回水的加熱功率Fa(即制熱功率)：

Fa=eFa,ge                                 (2)

式中Fa——吸收式熱泵對(duì)一級(jí)管網(wǎng)回水的加熱功率，kW

e——吸收式熱泵熱力系數(shù)

Fa,ge——蒸汽在發(fā)生器中放熱的熱流量，kW

qm——蒸汽的質(zhì)量流量，t／h，根據(jù)發(fā)生器換熱能力確定為5.2t／h

hs——蒸汽的比焓，kJ／kg，查表^[6]255取3010.18kJ／kg

hs——凝結(jié)水比焓，kJ／kg，查表^[6]255取293kJ／kg

由式(2)、(3)可計(jì)算得，吸收式熱泵對(duì)一級(jí)管網(wǎng)回水的加熱功率為6.67MW，由一級(jí)管網(wǎng)回水被加熱前后溫度(50、90℃)，可計(jì)算得到被加熱一級(jí)管網(wǎng)回水質(zhì)量流量為143.41t／h。根據(jù)被余熱回收凝結(jié)水質(zhì)量流量、被加熱一級(jí)管網(wǎng)回水質(zhì)量流量，選取凝結(jié)水泵、循環(huán)水加壓泵電功率分別為3.34、4.84kW，忽略吸收式熱泵溶液泵、冷劑水泵、真空泵等設(shè)備的電功率，吸收式熱泵機(jī)組的總功耗為8.18kW。吸收式熱泵耗汽量為5.2t／h，將lt／h蒸汽折合成熱功率0.7MW近似計(jì)算，吸收式熱泵機(jī)組的耗熱功率為3.64MW。

青島地區(qū)供暖期按l20d計(jì)算，吸收式熱泵機(jī)組年加熱量為69.15TJ／a，年耗電量為23.56MW·h／a，年耗熱量為37.74TJ／a。考慮天氣變化的影響，將以上3個(gè)數(shù)據(jù)均乘以0.7的折減系數(shù)。最終計(jì)算結(jié)果為：48.41TJ／a、16.49MW·h／a、26.42TJ／a。

4　技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

配置兩種熱泵換熱機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性比較見(jiàn)表l，熱價(jià)按57.92元／GJ計(jì)算，電價(jià)按0.854元(kW·h)計(jì)算。由表1可計(jì)算得，配置壓縮式熱泵的換熱機(jī)組年凈收益為20.48×10⁴元／a，增加造價(jià)200×10⁴元，投資回收期約l0a。配置吸收式熱泵的換熱機(jī)組年凈收益為l25.96×10⁴元／a，增加造價(jià)300×10⁴元，投資回收期約3a。

分析以上數(shù)據(jù)可知，配置吸收式熱泵的換熱機(jī)組經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)。從技術(shù)上分析，壓縮式熱泵耗電量過(guò)高。配置吸收式熱泵的換熱機(jī)組，不僅耗電量低，而且不會(huì)對(duì)上游熱電廠的蒸汽需求量有較大影響，有利于熱電廠的安全運(yùn)行。因此，建議換熱機(jī)組配置吸收式熱泵。

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本文作者：陳萍　李信誼

作者單位：青島熱力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司